化學(xué)院夏立新教授團(tuán)隊在光電化學(xué)分解水制氫領(lǐng)域取得新進(jìn)展
利用光電化學(xué)電池（PEC cell）實(shí)現(xiàn)水分裂是將太陽能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的一種有效的途徑。在PEC裝置中，光陽極的水氧化反應(yīng)（OER）過程中每生成1分子氧氣就需要4個電子-空穴對，會使反應(yīng)勢壘增加，是一個阻力比較大的反應(yīng)，也是目前光電解水發(fā)展的瓶頸所在。因此，探索開發(fā)一種高效穩(wěn)定的光陽極是研究者面臨的主要挑戰(zhàn)。
BiVO4作為氧化分解水的理想材料而被熟知，它具有合適的帶隙寬度（2.4 ev），對可見光具有良好的吸收性能。然而由于BiVO4半導(dǎo)體其光生電子與空穴的回傳速率較快，表面水氧化動力學(xué)較差，使其催化分解水性能受到了限制。最有效的解決辦法是負(fù)載高效、穩(wěn)定的水氧化催化劑?；瘜W(xué)院夏立新教授研究團(tuán)隊將兩種分子Co(salophen)配合物修飾到多孔BiVO4電極表面制成有機(jī)-無機(jī)復(fù)合光陽極，用于光電化學(xué)分解水制氫。在中性條件下（pH 7.0），在AM1.5模擬太陽光照射下，復(fù)合電極的光電流密度分別達(dá)到了3.89 mA/cm2和4.27 mA/cm2（1.23V vs.RHE），接近未經(jīng)修飾的BiVO4電極的3倍。IMPS分析表明，Co(salophen)配合物不僅能加速電極表面水氧化反應(yīng)，而且還減少電子-空穴對的表面復(fù)合。由于他們的疏水性，Co(salophen)配合物可以牢固地吸附到釩酸鉍電極表面，經(jīng)過4 h的光電解測試，光電流密度始終穩(wěn)定在3.5 mA/cm2，其穩(wěn)定性甚至超過了很多無機(jī)催化劑修飾的電極。此種方法制備的光陽極在中性的條件下展現(xiàn)出良好的水氧化活性和穩(wěn)定性，對未來設(shè)計高效的分子WOC/半導(dǎo)體光陽極提供了一種設(shè)計思路。研究結(jié)果發(fā)表在J. Mater. Chem. A,2018,6, 10761-10768；論文的第一作者為化學(xué)工程專業(yè)的碩士生劉藝丹，通訊作者為夏立新教授和姜毅副教授。
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